(57)【要約】  【課題】  微生物活性を低下させることなく、フロック形成を促進できるフロック形成剤を提供すること。該フロック形成剤を用いるバルキング予防方法と活性汚泥処理方法を提供すること。  【解決手段】  網目状構造を有するポリグルタミン酸（Poly-γ-Glutamic Acid）架橋樹脂と、架橋樹脂のカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）に結合するカチオン性化合物と、から構成されたフロック形成剤を提供する。このフロック形成剤は、微生物フロックの形成を促進し、微生物を凝集させる。また、活性汚泥法におけるバルキングを予防する。従って、活性汚泥法を用いた水処理設備に応用できる。【特許請求の範囲】
【請求項１】
網目状構造を有するポリグルタミン酸（Poly-γ-Glutamic Acid）架橋樹脂と、前記架橋樹脂のカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）に結合するカチオン性化合物と、から構成されたフロック形成剤。
【請求項２】
前記カチオン性化合物は、アミノ基を有する化合物であることを特徴とする請求項１に記載のフロック形成剤。
【請求項３】
前記カチオン性化合物は、ポリエチレンイミンであることを特徴とする請求項２に記載の微生物固定化用のフロック形成剤。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか一項に記載されたフロック形成剤を用いることを特徴とするバルキング予防方法。
【請求項５】
請求項１〜３のいずれか一項に記載されたフロック形成剤を曝気槽、沈殿槽、硝化槽、脱窒槽、返送汚泥のいずれかに添加することを特徴とする活性汚泥処理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、微生物フロックの形成を促進するフロック形成剤と、該フロック形成剤を用いたバルキング予防方法及び活性汚泥処理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
有機性排水の生物酸化処理方法である活性汚泥法が知られている。この活性汚泥法は、細菌、かび類、藻類、原生動物、輪虫類、線虫類等の好気性微生物の集合体である「活性汚泥」を利用して排水を浄化する方法であり、現在、下水処理、産業排水処理、畜産汚水処理等に広く利用されている。
【０００３】
この活性汚泥法のプロセスは、概ね、次の通りである。まず、濾過、沈殿等の前処理を行った排水を、生物反応槽（曝気槽）に送り込み、曝気しながらフロック状の活性汚泥と接触させ、この過程で排水中に含まれている有機物を好気的に酸化分解する。続いて、処理水を沈殿槽（沈殿池）に送って汚泥を分離・沈殿（固液分離）させた後に、その分離上層水を消毒し、放流する。そして、前記沈殿槽で発生した濃縮活性汚泥の一部を返送汚泥として前記生物反応槽に送って、該反応槽内の汚泥の微生物濃度の調製に用いるとともに、新しい流入排水（流入基質）と接触させる。
【０００４】
フロック状の微生物集合体である前記活性汚泥は、有機物酸化力と凝集吸着力が強く、沈降分離性に優れているが、一旦生物反応槽で「バルキング」と称される現象が発生すると、活性汚泥が膨れて軽くなるため、沈降性と圧密性が悪化し、沈殿槽での分離上層水の量が減少悪くなる等の問題が起こる。
【０００５】
前記バルキングは、活性汚泥中に糸状体を形成する微生物（糸状性細菌）が増殖した場合（糸状性バルキング）や活性汚泥中に高粘性多糖類のような物質が蓄積した場合（非糸状性バルキング）等に発生する。その発生原因として、水温の変化、炭水化物を多量に含む排水の流入、低分子の溶解性有機物の多量流入、ＳＳ流入量の低下、窒素及びリンの不足等が知られている。
【０００６】
一般的なバルキング対策としては、凝集剤の添加によって汚泥の沈降性の改善を行う方法、殺菌剤添加による糸状性細菌の殺菌を行う方法、糸状性細菌の糸状化抑制を行う方法等が採用されている。
【０００７】
例えば、特許文献１には、カチオン系高分子凝集剤、無機凝集剤等を含有するバルキング防除剤が開示され、これを曝気槽、沈殿槽、返送汚泥に添加するバルキング防除方法が開示されている。特許文献２には、メチレンジチオシアネートを有効性成分として含有し、該有効成分によって特定の糸状性細菌を破壊することを特徴とするバルキング現象防止剤が開示されている。特許文献３には、ピラゾロピリミジン誘導体によって、糸状性細菌の糸状化のみを抑制するバルキング防止剤が開示されている。加えて、特許文献４には、天然原料から製造されたゼオライトを主成分とするバルキング防止剤が開示されている。
【特許文献１】特開平１０−２４４２８７号公報。
【特許文献２】特開平６−２０６０８９号公報。
【特許文献３】特開平５−３０９３８８号公報。
【特許文献４】特開２０００−３３４４８３号公報。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、活性汚泥槽等に凝集剤や殺菌剤の添加を行って、バルキングを防止又は抑制を図る方法では、微生物活性が低下するという技術的課題がある。また、従来のバルキング防止剤では、微生物のフロック形成の促進を充分に行うことができなかった。
【０００９】
そこで、本発明は、微生物活性を低下させることなく、フロック形成を促進できるフロック形成剤を提供するとともに、該フロック形成剤を用いるバルキング予防方法と活性汚泥処理方法を提供することを主な目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記課題を解決するため、本発明では、網目状構造を有するポリグルタミン酸（Poly-γ-Glutamic Acid）架橋樹脂と、架橋樹脂のカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）に結合するカチオン性化合物と、から構成されたフロック形成剤を提供する。
【００１１】
Ａ．ポリグルタミン酸架橋樹脂について。
【００１２】
ポリグルタミン酸（Poly-γ-Glutamic Acid）は、Ｄ−グルタミン酸とＬ−グルタミン酸が混在したアミノマー（高分子体）で、例えば、納豆のネバ成分もこのアミノマーのひとつである。本発明に係るポリグルタミン酸架橋樹脂は、このポリグルタミン酸が網目状に結合したものである。
【００１３】
グルタミン酸はアミノ酸の一種で、側鎖にカルボキシル基（−ＣＯＯＨ）を含む。従って、ポリグルタミン酸架橋樹脂も、網目状構造の中に、多数のカルボキシル基を含む。カルボキシル基は、液体中では負に荷電（−ＣＯＯ−）している。
【００１４】
ポリグルタミン酸架橋樹脂の網目状構造は、微生物の支持体として機能する。この網目状構造は、微生物を高密度に定着・凝集させることに適している。
【００１５】
ポリグルタミン酸架橋樹脂は、例えば、以下の方法で製造することができる。（１）Ｂａｃｉｌｌｕｓ属細菌（納豆菌種）を、グルタミン酸を添加して培養して、ポリグルタミン酸を作製する。（２）作製したポリグルタミン酸にγ線を照射し、網目状に架橋させ、ポリグルタミン酸架橋樹脂を作製する。
【００１６】
Ｂ．カチオン性化合物について。
【００１７】
前記ポリグルタミン酸架橋樹脂は、多数のカルボキシル基を含むため、負に荷電（−ＣＯＯ−）している。一方、微生物も負に荷電している。そのため、ポリグルタミン酸架橋樹脂のみでは、微生物が高効率に定着しにくく、また、微生物活性を弱めてしまうという欠点があった。そこで、本発明では、ポリグルタミン酸架橋樹脂のカルボキシル基にカチオン性化合物を結合させた。
【００１８】
カチオン性化合物をポリグルタミン酸架橋樹脂に結合させることには、以下の利点がある。（１）フロック形成剤の網目状部分が正に荷電する。これにより、フロック形成剤と微生物との親和性が増すため、微生物を高密度に定着・凝集させることができる。そのため、微生物フロックの形成を促進することができる。（２）微生物を高密度に凝集させることができるため、バルキングの発生を予防できる。（３）フロック形成に際して、薬剤による凝集・殺菌等を行っていないため、微生物活性を弱めない。
【００１９】
カチオン性化合物は、ポリグルタミン酸架橋樹脂のカルボキシル基と結合するもの、例えば、アミノ基を有する化合物を用いることができる。特に、ポリエチレンイミンは、一端のアミノ基はポリグルタミン酸架橋樹脂のカルボキシル基と結合し、他のアミノ基は正に荷電して微生物と親和することができるので、好適である。
【００２０】
Ｃ．本発明に係るフロック形成剤の利用について
【００２１】
このフロック形成剤は、活性汚泥法を利用した水処理設備等に利用できる。例えば、水処理施設の曝気槽、沈殿槽、硝化槽、脱窒槽、返送汚泥等に添加して用いる。このフロック形成剤を水処理設備等に添加することには、以下の利点がある。（１）微生物フロックの形成を促進し、微生物を凝集するため、水処理能力（有機物酸化力）を高くできる。（２）微生物がフロック形成剤に定着・凝集するため、バルキングを予防できる。（３）新たな設備の設置、既存の設備の交換等を行わずに、水処理を高効率化することができる。
【発明の効果】
【００２２】
このフロック形成剤は、微生物を高密度に定着・凝集することができる。そのため、微生物フロックの形成を促進することができる。
【００２３】
このフロック形成剤は、活性汚泥を定着・保持できる。そのため、水処理工程で、処理水の流れによって活性汚泥が流されることによる、活性汚泥のロスを防止できる。このことにより、活性汚泥の補充回数を少なくすることができ、また、活性汚泥を長持ちさせる効果がある。
【００２４】
このフロック形成剤は、バルキング予防効果がある。
【００２５】
このフロック形成剤は、簡易、低コストに利用できる。
【実施例１】
【００２６】
実施例１は、活性汚泥装置の曝気槽に、活性汚泥を添加又は補充する場合を想定して行った実験である。実験手順は以下のとおりである。
【００２７】
まず、曝気槽を想定した容積１．５Ｌの角槽を準備した。その角槽内を活性汚泥混合液で満たし、球形のエアストーンを角槽内に設置して曝気できるようにした。
【００２８】
次に、角槽内を曝気している状態で、本発明に係るフロック形成剤を１５ｍＬ添加した。同剤を添加後、活性汚泥混合液を６．２５ｍＬ／ｍｉｎの流量で連続添加（滞留時間４時間）し、同時に本発明に係るフロック形成剤を０．６２５ｍＬ／ｍｉｎの流量（活性汚泥混合液の１／１０の頻度）で連続添加した。１６時間後連続添加を停止し、角槽内の汚泥のＳＶ３０、ＭＬＳＳ、ＳＶＩを測定した。また、上記実験と同時に、本発明に係るフロック形成剤を添加せずに、同じ実験手順で対照実験を行った。
【００２９】
なお、実験で用いたフロック形成剤は、ポリグルタミン酸１６０ｍｇ／Ｌ、ポリエチレンイミン８００００ｍｇ／Ｌのものを用いた。
【００３０】
結果を表１に示す。
【表１】
2005177715.tif 000002
【００３１】
ＳＶ３０は、３０分静置後の活性汚泥沈殿率を示したもので、汚泥の量の指標となる。ＭＬＳＳ（活性汚泥浮遊物質）は、活性汚泥槽の汚泥量を表す値であり、２０００ｍｇ／Ｌ以上の値が必要となる。この実験では、ＳＶ３０は、両方ともほぼ１００％になったのに対して、ＭＬＳＳは、フロック形成剤を添加したほうが対照実験の２倍以上の値になった。このことは、フロック形成剤によって、活性汚泥が高密度に凝集されたことを示している。従って、本発明に係るフロック形成剤が微生物フロックの形成を促進することが本実験により示された。
【００３２】
また、前記のとおり、ＭＬＳＳは、対照実験の２倍以上の値になった。この結果は、このフロック形成剤には、活性汚泥の濃度を高める効果があることを示している。従って、本発明に係るフロック形成剤によって、活性汚泥装置の曝気槽に高効率に活性汚泥を添加又は補充できることが本実験により示された。
【００３３】
ＳＶＩ（汚泥容量指数）は、活性汚泥の沈降性を示す指標で、通常の曝気槽では５０〜１５０が適切な値である。ＳＶＩが２００以上の場合、バルキングしている状態である。本実験の結果は、表１に示すとおりである。本発明に係るフロック形成剤を添加することにより、ＳＶＩは対照実験の１／２程度に下がった。この結果は、このフロック形成剤にはバルキング予防効果があることを示している。
【実施例２】
【００３４】
実施例２は、活性汚泥装置の曝気槽に活性汚泥を添加又は補充した後、実際に水処理を行った場合を想定して行った実験である。実験手順は以下のとおりである。
【００３５】
実施例１の角槽内の活性汚泥混合液（活性汚泥とフロック形成剤を連続添加したのちの活性汚泥混合液）の一部を、５００ｍＬビーカーに流し込み、球形のエアストーンをビーカー内に設置して曝気できるようにした。
【００３６】
次に、ビーカー内を曝気している状態で、水を６．２５ｍＬ／ｍｉｎの流量で連続添加した。水を４時間連続添加した後、連続添加を停止し、ＳＶ３０、ＳＶ１２０、ＭＬＳＳを測定した。また、上記実験と同時に、実施例１の対照実験における活性汚泥混合液についても、同様の手順で実験を行った。
【００３７】
結果を表２に示す。
【表２】
2005177715.tif 000003
【００３８】
ＳＶ３０は３０分後の活性汚泥沈殿率を、ＳＶ１２０は１２０分後の活性汚泥沈殿率を表している。表２に示すとおり、フロック形成剤を添加したほうは、３０分後の値は５０％であり、１２０分後でも２５％であり、対照実験よりも高い値を維持している。このことは、フロック形成剤に、活性汚泥を長期間保持・固定する機能があることを示している。
【００３９】
また、フロック形成剤を用いたもののＭＬＳＳ（活性汚泥浮遊物質）は、対照実験と比較して、３倍以上の値となった。長時間の水処理の後において、対照実験では、汚泥量が８５０ｍｇ／ｌまで少なくなっているのに対し、フロック形成剤を用いたものは、３倍以上の汚泥量を保持している。この結果は、本発明に係るフロック形成剤が、活性汚泥装置による水処理を行った場合にも、活性汚泥を保持する担体として有効に機能していることを示している。従って、本発明に係るフロック形成剤は、活性汚泥を曝気槽等に定着・保持させる方法として、有効である。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
活性汚泥法は、水浄化方法として広く用いられている。本発明に係るフロック形成剤は、活性汚泥を凝集・保持する担体として有効であり、特に、活性汚泥法を用いた水処理施設、水処理装置に適用できる。従って、産業上の利用可能性がある。
【００４１】
活性汚泥法には、「バルキング」発生しやすいという欠点がある。本発明に係るフロック形成剤は、バルキング予防・防止機能を持つため、産業上有用である。
【００４２】
本発明に係るフロック形成剤は、新たな設備の設置や既存設備の改造等をせずに導入できる。そのため、簡易、低コストに、活性汚泥法を用いた既存の水処理施設、水処理装置に適用できる点で、産業上有用である。